弧形扫描磁带驱动器的制作方法

专利名称：弧形扫描磁带驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁记录设备，特别是关于以一序列弧形磁迹的形式记录和读出磁带上的数据的设备，其中弧形磁迹横切于磁带的纵轴。
现代计算机设备用的标准结构的信息存储辅助系统包括内部直接存取存储器，典型地，该信息存储辅助系统还包括一个磁带驱动器，用于内部直接存取存贮器中信息的备用存储。人们发现在存储技术中有两个重要的倾向，即全部存储辅助系统元件的小型化和有效地增加内部直接存取存储元件的信息存储容量。通过采用已经作为工业标准的四分之一英寸合式磁带，使磁带驱动器元件已经达到了小型化，然而，磁带驱动器的存储容量(表面密度)还没有跟上其他存储元件的增大了的存储容量，相应地，就迫切需要增大记录在磁带上的信息量，而该信息量的增大只能依靠增加磁带上存储信息的密度来实现。
大批量生产的最重要的磁带驱动系统都是基于磁带通过一个不动的单迹或多迹磁头所在的固定的录/放位置由带盘到带盘的传输，在这种驱动系统中，磁带沿其纵轴方向运动通过磁头机构所处的录/放位置，从而相对于磁带按纵向进行记录和重放。在固定磁头磁带驱动器中，磁头机构由多个横向排成一行的磁头构成，在录、放期间这些磁头相对于磁带其位置是固定的。信息以多条平行的沿纵向延伸的磁迹的形式排列在磁带上;通过减小磁头机构中磁头的尺寸和相互的间隔来增大存储在磁带上的信息的表面积密度。然而，小的磁头尺寸和极小的磁头间隔在制造磁头元件时就要求很高的精度，结果，磁带驱动器的制造公差和磁头组件的主要机械公差就变格外严格，要达到要求就更加困难而且成本更高。当然，磁头的激增反映在增加了这些驱动器费用的每个磁头的辅助的读/写信道电子设备中。
众所周知，在视频记录技术中，新式的大容量、高质量的磁带驱动器采用使磁头相对于运动磁带旋转的磁头机构，“旋转磁头”录像机的高旋转速度避开了在固定磁头技术中对多个横排成一行的磁头和相关的电子设备的要求。因此，就排除了固定磁头机构制造和组装中出现的问题。在基本类型的旋转磁头磁带驱动器中，为了把旋转的磁头对正磁带上的磁迹而采用伺服机构，为这些种类的磁带驱动器开发的伺服技术提高了磁头/磁迹的对准精度，并显著地降低了磁迹宽度和磁迹的间隔。因此，旋转磁头磁带驱动器在表面记录密度方向远优于固定磁头磁带驱动器。
最广泛采用的旋转磁头技术是周知的横向线性扫描或“螺旋”扫描技术。在横向线性扫描技术中，一个或多个传感器(磁头)安装在磁鼓的圆柱形侧表面上，磁鼓绕平行于但与磁带运行的纵向通路隔开的轴旋转，一序列线性磁迹横切于磁带的纵轴。在螺旋扫描磁带录像机中，磁带包卷在倾斜的磁鼓上，通常有两个磁头安装在磁鼓的外表面上，产生的磁迹基本上是直的，但是和磁带的纵轴成一角度。按照螺旋扫描技术，磁迹中或分开的伺服磁迹中包含的伺服信息用来改变扫描器和磁带的速度，以便把磁迹对准磁头。
按照最初的考虑，螺旋扫描有可能使磁带表面记录密度增加，这会使之匹配于计算机存储辅助系统的内部直接存取元件扩展了的存储容量。然而，螺旋扫描在计算机系统的磁带驱动器中的应用受到两个重要因素的限制，第一，磁带驱动机构必须有一个使磁带和磁鼓的圆柱侧表面紧密接触的装置，如所周知，螺旋扫描磁带驱动器中的磁头/磁带接触机构大而复杂，并且动作相对缓慢，所以，这会显著地加大磁带驱动器的尺寸，并使制造增大难度和成本，而且还需要大量的时间用来更换盒式磁带。第二，磁头/磁带接触机构把大的压力接触强加在磁头和磁带之间，从而导致磁头部件的磨损并缩短磁带的寿命。
另一种类型的旋转磁头技术是将磁头安装在靠近一个圆形的平面表面的外圆周处，并且绕通过该圆形表面的中心并通过纵向运动的磁带的平面的轴旋转，这种旋转磁头技术记录一系列弧形磁迹，这些磁迹横切于磁带的纵轴，弓形扫描磁带驱动器有可能增加必须跟得上内部直接存取存储元件存储容量的表面记录密度。进一步讲，弧形扫描磁带驱动器有本来就小而简单的磁头/磁带界面，其中使平面的圆形传感器支撑表面对着纵向运动的磁带的平面，这种界面不需要螺旋扫描磁带驱动器的制作精细的接触机构，在螺旋扫描磁带驱动器中的磁带或是包卷在倾斜磁鼓上或是与直磁鼓的弯曲表面部分相一致。然而，两个重要的限制因素和一种错觉使这种技术没能被广泛地应用。这两种限制包括缺少可以胜任的伺服设计方案和没有一个可容许的低压力的磁头/磁带界面机构，所说的一个错觉是弓形扫描具有固有的低存储密度。
现有技术的弧形扫描磁带驱动器已有所描述，例如Thompson等人的美国专利US2，750，449;Hoshino等人的美国专利US2，924，668;Bach的美国专利US3，320，371;Schwarz的美国专利US4，636，886;Schwarz等人的美国专利US4，647，993;和Ogata的美国专利US4，731，681。Thompson等人的专利中描述的弓形扫描机构和技术涉及一种在2英寸宽磁带上记录信号的低速、低密度的录音机，可能是因为磁迹宽、信息密度低和放音期间信号是手动跟踪，所以没有考虑伺服机构，这似乎和Hoshino和Bach的文献中的情况是一样的。Schwarz和Schwarz等人的旋转磁头记录系统明显地针对高的数据速率的应用，其中在中等带速之下高的磁头旋转速度使数据密度达到最大;Ogata的文献描述了一咱磁带录放设备，其中使用了相对于磁带相当高的磁头旋转速度，以便优化高频视频信号的记录;这些参考文献没有一件披露伺服技术。
这些现有技术的有关弧形扫描的文献显然没有考虑伺服机构，实际上，弧形扫描技术中由于弧形磁迹的几何形状的关系，磁头/磁迹对准技术是一个难题，在扫描的边缘处，磁迹会聚，而在扫描的中央处存在着不可避免的磁迹的发散，那么，在弧形扫描磁带驱动器中伺服机构的任务是保持磁头对准磁迹，而这磁迹是非线性的而且与相邻磁迹又没有恒定的线性几何关系。在早期开发的旋转磁头技术中没能提供伺服机构，从而导致了这样的结论，即弧形扫描技术不如螺旋扫描技术并导致在可靠的、高数据速率、高密度记录方面放弃使用了弧形扫描而采用了螺旋扫描。
在螺旋扫描装置中，磁头与磁带宽度交叉成一个小的角度，磁带的运行主要是沿其纵轴方向，由于正常的缩胀、湿度和温度的变化都可能使磁带每英寸发生0.003英寸的尺寸变化，在螺旋扫描装置中，通过跟随磁带张力和绕在倾斜磁头上的磁带伸展长度能把其尺寸的变化作一级校正。在弧形扫描装置中，像这样一种跟随伺服机构是没有用的，因为扫描基本上横切于磁带的纵轴方向，没有一种实际可行的方法来跟随磁带宽度变化。
阻碍现有的弧形扫描技术在现代计算机磁带驱动器中应用的另一个重要的因素是由于磁头和磁带的接触造成磁头的大量磨损，例如在Thompson等人的专利中，在旋转磁头的上方有一个刚性的支持板贴顺地绷紧磁带，这会产生很高的固定压力，在磁带强行通过期间，由此造成损坏磁头和磁带的危险，而且会导致磁头阻塞故障。对于高密度、高速度记录来说，像这种压力板是不实际的，因为要求磁头和记录介质之间的紧密接触在微英寸量级，但用刚性支撑板达不到这种要求。
最后，由常识可知弧形磁迹的发散引起表面记录密度的下降，因为相邻磁迹之间的可用的磁带表面不经过磁头正下方，所以，就不能写入和读出数据。因为螺旋磁迹是平行的，所以它们可以无间隔地写入到磁带上，并且磁带的整个表面可以最大限度地得到利用，因此，可以设想螺旋扫描的表面记录密度要高于弓形扫描的表面记录密度。然而，本发明人已经证实弓形磁迹比螺旋磁迹短得多，因此，磁迹间无用的间隔是极小的。进一步说，螺旋磁迹长得使磁带的形变总是引起从磁迹到磁迹的形状的变化，这种变化限制了磁迹密度，从而限制了表面记录密度。
本发明人也已经观察到较短的弧形磁迹有可能提供比长的螺旋磁迹更高的伺服取样速率，这就能更快地检测磁头/磁带不对正的情况，并能更快速地校正磁头的位置。
本发明提供一个新的伺服技术用于磁头/磁迹对准，并不再需要使磁带与旋转磁头组件接触的压力支持板，这样就显著地使弧形扫描技术占有优势。
在重放时，伺服磁带的速度使旋转扫描磁头对准弧形磁迹的始端，并且根据磁带的纵向中心线来伺服磁头扫描旋转轴的位置以达到磁头对准磁迹的各个终端，这样就把在螺旋扫描技术中出现的磁带变形的全部畸变消除到一级水平，从而可以采用很窄的磁迹而不存在由于张力的变化、磁带的变形和磁带到磁带对准失调而引起的磁迹不对准的情况。
由于弧形扫描磁带对纵向伸展的不敏感性、短的扫描长度和高的伺服取样速率，这种独特的伺服过程在弧形扫描记录的密度方面，相对于螺旋扫描可能达到的密度，产生了意想不到的增大的效果。例如采用VHS型62mm磁鼓的螺旋记录中，扫描长度大约为3.8英寸。因为在这种螺旋扫描机构中只能在扫描的终端和终端用伺服磁带张力的方法来校正变形，所以由于众所周知的制动带的方案造成的中间扫描时的磁带差动延伸是不可校正的，而且是相当大的。在螺旋扫描记录装置中，在长的扫描长度之后进行校正，而本发明的弓形扫描技术中(采用1/4英寸磁带)，每隔0.25英寸之后进行校正。螺旋扫描记录装置中，通过伺服磁头沿着与扫描方向交叉的轴的位置也可以在某种程度上进行磁迹校正，但是这种方法成本高而且仅能部分地成功。
按照本发明，伺服机构维持每英寸磁带6000条或更多磁迹的密度，与之相比较，现有的螺旋扫描记录器只有每英寸磁带大约2000条磁迹的密度。按照照本发明，线密度为160Kbit/英寸，超过了1Gbit/英寸2的表面积记录密度。
本发明通过利用在旋转磁头承载部件表面上自身产生的低压力进一步消除了磁头/磁带啮合的问题。无需支持板这种低压力即可导致磁头/磁带的接触，具有能极大减小磁头磨损的意想不到的效果。
相应地，本发明涉及记录和读出磁带上的信息的装置，该装置包括;
一个机架;
一个接收器机构，设在该机架中，用以收纳装有磁带的容器并且使磁带定位于基本上为平面的记录位置上;
一个传送机构，设在该机架中，用以啮合磁带，并使磁带沿纵向前进通过记录位置;
一个旋转传感器座;
至少有一个传感器，设在旋转传感器座上，用以记录和读出磁带上的信息;
一个定位机构，用以定位旋转传感器座，以使旋转传感器座绕通过记录位置的转轴旋转，所说的转轴基本上对应于圆形的传感路径中心，而该圆形传感路径是在传感器座旋转时由至少一个传感器形成的;
一个马达机构，用以使传感器座旋转，来记录和读出磁带上的一系列弓形信息磁迹;和一个控制机构，连接到传感器、传送机构和定位机构上并响应于弧形信息磁迹的伺服信息，该机构通过调节进带速度和传感器座在记录位置上相对于磁带的位置来使至少一个传感器对准弧形信息磁迹。
这种记录和读出装置最好在传感器座上还包括一个机构，通过在传感器座和磁带之间产生低的周围压力作用以响应于传感器座的旋转而把旋转传感器座在记录位置上与磁带相接触。
相应地，本发明的主要目的是提供一种相对于磁带上弧形磁迹伺服旋转磁头的位置的装置和技术。
根据弧形信息磁迹中的伺服信息来控制进带速度和传感器座相对于磁带的位置实现磁迹对准方面，本发明提供了重要的优越之处。
本发明的另一个的目的是借助旋转传感器座和磁带之间产生低的周围压力作用，使运动的磁带在弧形扫描磁带传送时和旋转磁头组件有效地接触。
结合附图阅读下面的详细说明，读者将会清楚了解本发明的这些和另外的主要目的和优点。


图1是按照本发明的弧形扫描磁带驱动器的斜视图。
图2示出了与磁带在记录位置上接触的旋转磁头组件的顶视图。
图3是旋转磁头组件局部剖开的放大的斜视图。
图4A-4C是说明按照本发明的旋转磁头组件结构细节的剖视图。
图5是图4A-4C的旋转磁头组件的正面端视图。
图6是图4A-4C的旋转磁头组件沿图4A的6-6线的正面剖面图。
图7是表示旋转磁头组件的传感器结构的侧面斜视图。
图8A-8C是表示旋转磁头组件不同零件的几何关系的原理示意图。
图9A是表示旋转磁头组件上带三个传感器的传感器鼓相对于两条相邻弧形磁迹的几何关系的曲线图。
图9B表示具有7个传感器的传感器鼓的相应的几何关系。
图10是表示按照本发明的弧形磁迹的信息格式的图表。
图11A-11C是说明伺服传感器相对于按照本发明写入的弧形磁迹的运行情况图。
图12表示旋转磁头组件上的伺服传感器读取的一个位置差错信号。
图13解释用读取传感器按照本发明从弓形磁迹读取伺服信息。
图14A和14B说明按照本发明的旋转磁头组件的摆动伺服状态。
图15A和15B是按照本发明的用于摆动伺服的致动机构(actuator)。
图16是说明按照本发明的磁带驱动器的信道和伺服元件的方块图。
图17是说明按照本发明的伺服对准程序的流程图。
图18是传感器鼓另一个实施例的侧面剖视图。
图19是图18所示的另一个实施例的端面视图。
图20是表示另一实施例的一部分放大的侧面剖视图，它示出了读取磁头的结构。
图21是表示使用磁迹址区来伺服传感器扫描和旋转磁头组件对准的情况。
图22A-22C表示传感器鼓上的离心泵的不同实施例。
本发明涉及用于备份计算机系统的内部直接存取存储器的磁带驱动器。众所周知，这种磁带驱动器用来记录来自内部直接存取存储装置的数据，以准备在那些装置出现故障或者计算机系统夫掉数据的情况下来使用这些数据。这种“备份”处理过程包括为了保管而把数据复制成磁带上。
最广泛使用在便携式或台式计算机中的直接存取存储器件是3.5英寸或更小的Winchester”磁盘，3.5英寸Winchester磁盘具有超过40兆比特的数据存储容量。谨慎的计算机系统管理要求把Winchester磁盘上的数据定期地复制下来(备份)以便在磁头损坏时不会把数据丢失，另外，可以考虑把Winchester存储的数据保存在文档库或程序库中或者保存在可以手动传输到其他计算机系统的介质上。最后，加密要求可能需要在可靠的地方抹除磁盘和/或可传输的介质存储器。磁带是广泛用于这些目的的。
为便于处理，通常磁带都是收纳在一个容器中，如卡盒中。典型的卡盒是由一个容纳有绕在供带盘和收带盘上的磁带的外壳构成，卡盒可纳入称之为“磁带驱动器”的一个机构之中，该机构能录放盒式磁带上的数据。目前，盒式磁带(卡盒)用在便携式或台式计算机的小型磁带驱动器中，市售适用的盒式磁带是由明尼苏达矿业制造公司(Minnesota Mining and Manubacturing Company(3M))制造，或由该公司许可制造的，它们标志为DC1000，DC2000等等。这种类型的盒式磁带在专利权属3M公司的美国专利US3，692，255中已经披露，在此作为参考文献。这种盒式磁带包括一个大约1/4英寸宽的窄磁带，盒体是扁平矩形构形，高约9/16英寸，宽约2 3/8 英寸，长约3 3/16 英寸。该盒式磁带具有一个用以防止盒体翘曲的金属基板，该基板还保持卡盒在磁带驱动器中精确的对中位置。卡盒中的磁带绕在供带盘和收带盘之间，两带盘可转动地安装在基板和塑料顶盖之间，绕带是采用皮带主导轴轮来进行的，主导轴轮可以和磁带驱动器中的主导轴驱动轮相啮合，皮带主导轴轮驱动啮合在每个带盘上的磁带卷的皮带。盒式磁带还有一个铰接的磁带通道门，盒式磁带插入到磁带驱动器中时，这个通道门就被打开以便把磁带暴露出来，由读/写磁头组件进行录和放。
下面要描述的本发明是为了利用小尺寸的盒式磁带而又能把磁带的存储容量提高得超过普通的固定磁头驱动器所能达到的容量而设想出来的。图1-3所示的本发明采用的是弓型扫描型的旋转磁头技术。
虽然本发明所公开的是与皮带驱动盒式磁带相结合的方式，但本发明是要用来和任意磁带进带机构相结合的，因此，本发明人考虑了它与例如非皮带驱动的盒式磁带、带盘到带盘机构和适当寻迹的单长度磁带的配合使用。
另外，虽然开发本发明的实际动机是使该驱动器更好地起备份的作用，但本发明人并不想把此作为唯一的用途。
在图1-3中，小型磁带驱动器10有一个机架12，可以收纳双带盘型的盒式磁带14，该磁带驱动器10包括一个普通的盒带装载机构16，该机构接收盒式磁带14、打开带盖17把磁带18暴露出来，并且把磁带定位以便记录和重放。当旋转力加到磁带主导轴轮19上时，磁带被沿纵向驱动，盒式磁带包括一个固定的主导带销20，主导带销20固定到带盒金属基板上邻近带盖17处，带盒机构把磁带18定位在导带销20上;然后，磁带从右向左通过基本上是平面的录/放位置21而运行，为使磁带沿纵向前进，借助于传送组件23经过主导轴轮19把旋转力加上。为了说明起见，传动机构23包括一个与主导轴轮19啮合的主导轴驱动轮25，旋转时使磁带18沿纵向前进通过录/放位置21。另一方面，可以不要传动机构，驱动轮25直接连接到多速马达的驱动轴。
当磁带沿纵向按箭头26指示的方向前进经过录/放位置时，旋转磁头传感器组件30(亦称“扫描器”)就把数据记录(“写入”)在磁带上或从磁带上读出(“重放”)。机架安装法兰盘32把旋转磁头传感器组件30固定在机架12上，旋转磁头组件30的朝前一端包括一个圆的基本上成一平面的表面33，在此处安装有一个或多个传感器35，该圆的表面绕穿过其中心延伸的转轴38旋转，当圆表面33旋转时，传感器35沿圆形的传感路径39旋转。把旋转磁头定位，使得圆平表面33被定位在录/放位置上，旋转轴38通过该位置，以便使传感器35沿圆形传感路径39旋转，传感器35扫出(“扫描”)一系列横贯磁带18的弓形磁迹。这一系列弓形磁迹沿磁带纵向延伸，其中的每条磁迹沿垂直于磁带纵轴方向被扫描，其始端在磁带的一侧边缘附近，而终端在磁带的对侧边缘附近。
旋转磁头组件30包括一个外护套41，在其前端42处构成有一个基本上是拉长的、挖空的圆筒，护套内设置有一个圆柱形传感器鼓43，传感器鼓43是一个实芯的圆柱体，其朝前的端面是圆形表面33，在此处安装有传感器35，传感器鼓43穿过固定的管形中间段45连接到实心环形马达46和实心环形定位段48。传感器鼓43、马达46和定位段48通过芯轴47连接起来。轴47穿过固定中间段45延伸过去。
马达46最好是用可磁化材料，如AlNiCo5制成，制成具有多个NS极对的结构形式，这些NS极对形成电极的转子，电机的定子绕组环绕中间段45的后部内表面安装，标号49就表示了其中一个定子绕组。这样，把电流加到定子绕组49上，马达46、轴47、和传感器鼓43就会一体旋转。
传感器35能够借助于下面要详述的旋转变压器来记录或读出数据。在图3上，旋转变压器对包括与传感器35之一相连接的转子镶嵌绕组51，并且传感器鼓35每转一圈，该转子镶嵌绕组51就和定子镶嵌绕组53进行一次磁耦合。加到定子镶嵌绕组53上的电信号，被耦合到转子镶嵌绕组51上，再由转子绕组51耦合至传感器35之一，用以把弧形磁迹记录在磁带18上。对重放来说，传感器35旋转来扫描写在磁带18上的弧形磁迹，相应于这些磁迹上的信息发生是磁转换，产生电流并在一个转子镶嵌绕组51上感应起磁场，该磁场耦合到定子镶嵌绕组53，感应出相应的电流，感应电流从该绕组传导到数据信道电路(图1-3中未示出)并在此转换成标准数据格式。
旋转传感器组件30还包括一个重要的定位零件被用来伺服控制圆形表面33相对于磁带18的位置，该定位零件包括一对扫描位置调节绕组55，这对绕组相对地安装在护套41邻的定位段48处的后部内表面上，定位段最好由高导电率的材料(如铜)制成，该定位段对调节绕组55的每一个或两个所产生的磁场有反应。固定的中间段45借助于球状枢轴57和顶丝58可转动地安装在护套41之内，球状枢轴57和顶丝58是同轴的，这样，中间段45能绕转轴59转动，转轴59平行于机架12的底面而垂直于旋转轴38。如下所述，连接传感器鼓43和马达46的旋转轴47用轴承组件可旋转地安装在中间段45之内，这样，就使鼓43、中间段45、马达46、旋转轴47和定位段48作为一个单个的整体绕轴59转动，轴59选在这个整体件的静平衡点上，转动力由扫描位置调节绕组55提供。当这些绕组按照互补的方式激励时，如下所述，它们所产生的磁场与定位段48相互作用，从而把转动力加到定位段上，如下所述，相应于弧形磁迹上包含的伺服信息产生转动力，并且该转动力具有通过使容纳在护套41内的旋转传感器组件转动而把传感器35对准磁带18上的弧形磁迹所必需的幅值。参照图3可以理解，旋转传感器组件的内部部分的转动使转轴38与录/放位置的交叉点移动，从而就调整了圆形表面33在录/放位置21处相对于磁带18的位置。
现在参照图4A-4C和图5、6来理解旋转磁头组件的结构，在图4A中，为了说明某些结构细节，旋转磁头组件80被表示得稍微离开盒式磁带87，但是保持了组件80相对于盒带内的磁带84的取向。旋转磁头组件80(相当于图103中说明的旋转磁头组件)包括一个护套82，该护套为铝制成形的圆柱体，通常是管形结构，且具有前后端83，93。护套82的前端83形成一对相对的磁带啮合突起85a和85b，为了耐磨损，这对突起是经淬硬阳极化处理的，突起的端头稍微倒圆角以便在录/放位置上和盒式磁带87的磁带84接触。图4A示出了对准导带销86的突起85a。当组装到磁带驱动器中时，把旋转磁头组件装配得使突起85a紧紧地接近于收纳在磁带驱动器中的盒式磁带的导带销86。旋转磁头组件安装到磁带驱动器上以使突起85a，85b对准基准块90，基准块90安装在驱动器上以便在盒带插入时使之定位。
为了说明前端部环绕突起85a的轮廓，图4C表示从图4A转90°后的旋转磁头且件的前端83，如图4A和4C所示，通气孔88开在靠近前端83的磁带啮合突起85a的后面，并且穿过护套82。气动衬片89设置在通气孔88前方的位置上，加在上侧磁带合突起85a脊的前端83的内表面上。
现在参见护套82的后端93，在这里扫描器位置调节绕组定位的同轴组件作用于传感器鼓100和突起85a之间。在突起85a周围的区域内，这个作用把磁带吸在传感器鼓端面上。类似地，气动衬片89b使传感器鼓100和突起85b之间产生一个高压区，衬片89b具有斜的纹理，其方向和突起85b的斜纹理方向相反，这样，在突起85b周围的环形区域内就减少了磁头对磁带的接触。
参照图4A，假定旋转传感器组件80被定位，使传感器鼓100的圆形表面直接地接触磁带84，假定现在传感器鼓100旋转，由中心孔102中产生的真空使已经接触鼓端面的圆形表面的磁带84被吸在这个圆形表面上。这个装置所依据的原则是磁带是柔性的，这样，磁带对施加在其上的任何力都会有反应，用真空使磁带啮合在鼓基面上是一种优选的方案，因为空气压力或流体压力直接作用在磁带的背面(非记录面)而把它压在鼓面上，这是对上述的Thompson等人的专利中所用的保证磁头/磁带啮合的方法的一个重要的改进。Thompson披露了一种接触磁带背面的精密的机构装置，即使磁带是柔性的，Thompson构成的机构“按压”了是刚性的。所以，磁带上的污物可能被挤压在磁头和磁带之间而嵌入到磁带中，导致磁带在这一点上永久性的失效，而且还会引起对旋转磁头组件的不必要的磨损。使用流体(空气或气体压力)可以使磁带与磁头以一个小的摩擦界面啮合，并且磁带稍微移离传感器鼓表面使之能柔性地对小的颗粒作出反应。
图22A，22B和22C表示离心泵的其它可供选择的实施例，图22A的实施例包括一组刻蚀在传感器鼓端面上的螺线槽，每个螺线槽G从端面中心延伸到端面的外周缘，当传感器鼓旋转时，空气在鼓面的外周缘处被甩出螺线槽G，从而产生低的环境压力作用在传感器鼓端面的中心和磁带之间。
在图22B的实施例中，为了增强离心抽吸作用，把一段小的管子插到中心孔的中心。
图22C的实施例是把图4A-4C中的中心孔和图22A中刻蚀的槽结合起来。
环形的马达绕组座104固定在传感器鼓100的后端，用以提供一个在其上安装旋转变压器转子镶嵌绕组105的表面，绕组105与传感器鼓100的前表面上的传感器(未示出)相连接。
转轴107连接在传感器鼓的中心孔102的较下部位中，并且先把环形马达绕组座104固定在它上面，而后再固定圆柱马达108。如上所述，马达108用经磁化的材料制成。
定位段110固定地安装在转轴107的后端部，并和马达108间隔开，如上所述，该定位段是用导电材料制成。
固定的中间段109由一段金属管制成，环形定子绕组座112固定在中间段109的前端，并载着旋转变压器定子绕组111。挡圈113和波纹垫圈115刚好在定子绕组座112的后面配合在转轴107上以便给转轴加一个顶靠绕组座的预压力。一对轴承组件117间隔开安装在中间段109的内表面上，并收纳转轴107，以便把转轴107可旋转地安装在中段109内部，轴承组件117由一个环形衬套119分离开。在后轴承组件117和马达108之间，有一个衬套121安装在转轴107上，以便把转轴107预压在固定的中段109上。
马达定子绕组组件122包括安装在中间段109后部内表面上的环形定子绕组片，每个定子绕组组件片都有图6上标号122所标示的平面构形，它有6个用来承载马达定子绕组的突起123，图4A上描绘了马达定子镶嵌绕组的外轮廓125。
旋转磁头组件80的可动部分包括由传感器鼓100、转轴107、马达108和定位段110构成的旋转件以及由中间段109构成的摆动件，旋转件用轴承组件117安装在摆动件上，可摆动的中间段109通过球状枢轴126和顶丝127连接在护套82上。
图7和图8A-8C上描绘出了对于数据存储和数据检索所必须的旋转磁头组件的机械结构。为了便于解释和说明，这些图都放大了尺寸并且稍许改变了一下各种元件的位置。首先要注意的是读、写和伺服功能能够用单个磁头、单个旋转变压器和具有分离的写、读和伺服信道的电子转换装置来实现。实际上，本发明人预期用这种装置可以实现本发明，然而，单个磁头结构不提供有效的写后读操作，即磁迹记录下来立即读出以便验证。用单个磁头，通过传感器鼓的磁带的运动会载着写入的磁迹超越传感器扫描路径而防止了磁头在传感器鼓接下来的一圈上读出该磁迹。当然，如果用一个步进电机来驱动主导轴驱动轮，磁带可以递增前进一条磁迹的宽度，用双功能传感器在第一次扫描写入磁迹，然后在第二次扫描读出该磁迹，随后磁带再前进一条磁迹的宽度。这样一种方案会导致记录时间很慢、数据存取时间长而且电子装置相对复杂而昂贵。再把伺服功能加到单个磁头上。只会使这些缺点更加扩大。
因此，为了避免这些问题，而只是稍微增加一点传感器鼓的制造复杂性，本发明的优选实施例采用了最低数目的至少三个传感器，即一个用于写入、一个用于读出另一个用于伺服。
图7表示了优选实施例的三磁头结构，其中在传感器鼓200的侧表面上的读出、写入和伺服磁头组件按逆时针方向的顺序排列，这三个磁头除了宽度和在鼓表面上的径向位置之外，全部主要的方面其结构都是相同的，写入一伺服磁头稍许比读出磁头宽一点。另外，如下面要详述的那样，每个磁头组件都有各自相对于传感器端面中心的径向位置。每个磁头组件包括一个用螺钉固定于传感器鼓侧圆柱表面的传感器支承块，如读出磁头支承块202b及其固定螺钉202c，每个传感器支承块承载一个两绕组的传感器，读出传感器是202a，写入传感器是204a，而伺服传感器用206a表示。实际上鼓200是沿其侧边开槽的，以便容纳传感器支承块，这样，传感器就被定位于接近鼓端面外圆周的地方，虽然在图7上没有表示出来，然而这些槽在图2和3上清楚地描绘出来了。
传感器支承块是这样定位的，即传感器的顶端稍微突出于包含传感器鼓的前端面的平面(图7中未示出)，这样，当鼓200沿着逆时针方向旋转时，每个传感器就在稍微离开而平行于传感器鼓200的前端面的平面上作圆形扫描。
虽然图7中表示的优选实施例用了三个磁头，但本发明并不仅限于此，具有适应于特殊设计的任意数目的磁头的结构都是可以实现的。
具有一个转子镶嵌绕组和一个定子镶嵌绕组的单个旋转变压器用于全部三个图7中的传感器是有可能的，然而这又需要提供转换电子装置来分离写、读和伺服信道。另外，单个多功能旋转变压器和电子转换器产生的复合阻抗效应会增大信道噪声，因此，优选的实施例中，每个磁头采用分离的专用旋转变压器。所以，在图7上有一个由转子镶嵌绕组/铁芯212和定子镶嵌绕组/铁芯222构成的读出磁头旋转变压器。转子组件212通过双总信号引线212a连接到读出传感器202a。由转子镶嵌绕组/铁芯214和定子镶嵌绕组/铁芯224组成的旋转变压器用于写入磁头204a，转子组件214经双总信号引线214a连接到写入传感器204a。最后，双总信号引线216a把伺服磁头连接到伺服转子镶嵌绕组/铁芯组件216，该组件与伺服定子镶嵌绕组/铁芯组件226相耦合。
定子组件222、224和226固定地装配有图3中所示的中间段(图7中未示出)的前端，每个定子组件包括一个基本上呈弧形的铁芯，其形状与本发明的装置所产生和读出的磁迹的形状相对应。最后，传感器鼓200安装在转轴208上，以便其逆时针旋转。
在优选实施例中，旋转变压器的构成基本上是相同的，转子组件和定子组件都是四端网络器件，它们的电磁耦合消除了由外场引起的任何影响。另外，每个旋转变压器都由转子组件和定子组件构成。它们定位于相同的径向距离，但是因为是成对的组件，所以各变压器的周向位置不同。本发明人认为用一组同轴的圆形变压器(每个磁头一个)也能实现上述变压器达到的功能，但是由轴结构的成本要比图7表示的结构的成本高。
使用带有固定绕组的分离式专用旋转变压器必须构成图7，8A-8C所示的定位关系(注意图7上表示的是绕组/铁芯组件;而图8A-8C说明铁芯的相对位置)。如图所示，三个定子组件222，224和226的弧形部分所处的单个圆形平面平行并同心于转子组件212，214和216所处的圆形平面以及传感器202a，204a和206a所处的圆形平面。这些元件在录/放位置处相对于磁带的方位表示在图8A上。在图8A上，有上边缘231和下边缘232的磁带230从右向左传送，而带有传感器及设于其上的旋转绕组的传感器鼓沿反时针方向以旋转中心233为中心旋转。理想的情况下，在录/放时旋转中心233落在磁带230的中心线234上，定子组件222、224和226沿圆弧相互隔开一段距离，这段距离足以保证它们不被转子组件的铁芯跨接起来。定子组件恒定地定位在这样的位置，即定子在左上角低于磁带230的下边缘。传感器鼓进一步旋转就使伺服传感器沿磁带上的弧形磁迹扫描，为了产生进行伺服动作所必需的位置差错信号，由伺服传感器206a在扫描期间读取的信号必须耦合到伺服定子226。如图8C所示，这就要求伺服定子绕组的位置按扫描方向沿弧形偏离开读取定子绕组222一段距离，还要求固定在传感器鼓200上的伺服转子绕组的位置也按扫描方向沿弧形离开读取转子绕组位置一段距离，这段距离足以使伺服传感器扫描磁带时把伺服转子绕组216对准伺服定子绕组226。
本发明的优选实施例和最好的方式是使用具有标称宽度尺寸为0.247英寸的1/4英寸磁带。在磁带的每一边缘有一个0.011英寸宽的护边，实际有效宽度为0.227英寸，由传感器扫出的扫描路径的标称半径是0.3英寸，这也是弧形截面的定子绕组的标称半径。假定读取和写入的标称带速是0.0625英寸/秒，第三磁头的传感器鼓的旋转速度必须保证每转一圈精确地扫描一条磁迹，假定迹距是0.0005英寸，那么优选的鼓的转速是7500转/分(125转/秒)。在这些条件下，鼓每转一圈将写入或读出一条圆弧角为44°而半径为0.3英寸的弧形磁迹。一个磁头扫描一条磁迹的时间是988微秒，其磁迹的长度是0.235英寸。图11A-11C上表示了这种旋转磁头组件写入的一系列磁迹的构形。
这些条件维持了图8C上所表示的角度关系，其中从磁带的上缘延伸到下缘以233为中心的半径为0.3英寸的圆弧角约为48°。这样，具有大约44°角的磁迹没完全耗用全部适用的空间，传感器间隔大约为51°的圆弧，这个角度稍大于弧形磁迹的跨度，因此，在任意时间只有一个磁头扫描磁迹。
对于写后立即读出的操作来说，读出磁头202a必须接与扫描方向相反的方向弧形地与写入磁头间隔一个角度，这个角度至少等于弧形磁迹的圆弧角。另外，读出磁头必须定位于和写入磁头稍微不同的半径上，图9A上说明了这种情况，其中按照图7、8A-8C表示的三个传感器的旋转顺序图示出了磁迹1和2的起始端的轨迹。图9A的水平轴表示一个磁头相对于另一磁头的角位移，写入磁头(W1)定位于0°位置，读出磁头(R1)定位于大约51°，而伺服磁头(S)定位在308°，当磁带向上运动(相应于图8A-8C中的从右向左移动)时，磁迹始端的轨迹相对于传感磁头向上运动。因为带速和传感器鼓的转速是相关联的，传感器鼓每转一圈磁带移动一个迹距，转完一圈时写入磁头处于360°位置上，它被定位于磁迹2的始端，对于写后读操作来说，读出传感器和写入传感器必须以相等的半径固定在传感器鼓上，而且传感器鼓把读出传感器旋转到磁迹1的始端所需要的时间期间内磁带只移动较小的距离。按照图8C所示出的几何关系，写入和读出传感器隔开的圆弧长度等于传感器鼓的端面圆周的1/7;因此，读出磁头必须安置在写入传感器半径小1/7磁迹宽度的半径位置上。
图9A表示优选实施例的基本配套的传感器(一个写入传感器W1，一个读出传感器R1和一个伺服传感器S)的传感过程几何关系。如后面要说明的，伺服磁头(S)可以是一个只读磁头，它用邻接写入的磁迹作为位置差错信息。本发明人认为多个写/读传感器对可以采用一个伺服传感器，例如图9B的传感过程几何关系就是基于带有7个传感器的传感器鼓，即三个写/读传感器对(W1/R1，W2/R2，W3/R3)和一个伺服传感器(S)。
为了简化数据的改写而又没有过分严格的对准要求，读出传感器就要比写入传感器稍窄一点。
在优选的实施例中，伺服传感器横跨两相邻磁迹的中点间的距离(图9A中的磁迹1和2;图9B中的磁迹1和3)。这种情况下伺服传感器所处位置的半径等于写入磁头的半径减去传感器鼓从写入传感器转到伺服传感器所需时间磁头移动的距离(6/7个磁迹宽度)再加磁迹宽度的1/2。相应地，伺服传感器的宽度和写入传感器的宽度相同。
如上所述，信息以接近45°的圆弧被写入磁带上的磁化区，该圆弧的中心名义上在磁带的中心线上，其半径是0.3英寸，每个圆弧构成一条磁迹，每条磁迹包含伺服信息、数据区和磁迹地址，磁迹信息格式表示在图10上，该图列出了四条顺序排列的磁迹，每条磁迹中，都有始端和终端护带把磁迹的信息区和各磁带边缘隔开，伺服信号写在靠近每条磁迹的始端和终端。在低重量频率下，伺服信号最好由4比特构成(最大8个磁通反程)。
在每条磁迹上写有包括用户数据和错误校正码的同尺寸的信息区，这些信息区设置在对准磁带中心的32比特地址区的每一侧，再在磁迹的始端和终端写入4LSB磁迹地址，用以作为下面要描述的“对中伺服”。
本发明中使用的伺服信息包括一串用于带速伺服的单频率脉冲串再中上用来伺服旋转鼓相对磁带上磁迹对中的4个LSB地址。
为了达到优选的磁通信息结构而采用的记录格式只是设计考虑的问题，例如可以使用纵向记录模式。很明显，如果旋转传感器组件上用偶数个读/写传感器对，那么可以使用倾斜方位角记录方式，这可以减小磁迹对磁迹的相互影响，然而，如果采用倾斜方位角记录方式，伺服信息和磁迹地址信息的波长就必须足够长，以防止记录方位角反过来影响信号电平。
本发明的磁带驱动器中有两种主要的伺服机构带速伺服和摆动(对中)伺服。
带速伺服的目的是在写入时把磁带保持以标称速度运行，并在读出时旋转磁头每转一圈使磁带精确地前进预定的磁迹数。摆动伺服是把旋转传感器机构的中心置于相对于磁带中心线的位置上，这会维持传感器对准写在磁带上的弧形磁迹。这些伺服机构补偿了带盒中磁带的漂移，带盒的机械定位，并补偿不同带速和/或不同数目磁头的驱动器间的更换。
这两种伺服都采用在每次扫描的始端和终端检测到的低频伺服信息，摆动伺服磁迹的始端和终端也采用LSB，以便于整体磁迹对位，这两种伺服都是基于假定扫描速度是某已知的恒定值来运行的。
低频伺服信息用来指示由传感器扫出的扫描路径相对于两条相邻的磁迹的对准情况，图11A-11C和图12上对此作了说明，图11A-11C中，伺服传感器300沿反时针方向扫描磁带301，而磁带从右向左运动，先前被记录在磁带上的是一系列弧形磁迹，这些磁迹是从磁带301的上缘302扫到下缘303。伺服传感器300每次扫描最好通过两条相邻的磁迹，并且认为它从中点到中点横跨两条磁迹是对中的。例如考虑两条相邻的磁迹305和306，为了保证读、写磁头对准它们要扫描的磁迹，在每次扫描期间伺服传感器300应该横跨磁迹305和306相等的部分，读出和写入磁头在径向偏离伺服磁头300一定的弧向和径向距离，这个距离保证只要伺服磁头300在两条磁迹间取中，读、写磁头就会对准磁迹。在图11A中，在扫描的起始端处伺服磁头300在相邻磁迹305和306之间取中。这样，在伺服传感器300扫描时，这些磁迹的始端处分别用305a和306a标示的低频伺服脉冲串会提供等幅的信号响应。这一点上，两个低频伺服脉冲串的等幅度表示伺服传感器定位正确，也就表示写入和读出传感器定位正确。当伺服传感器300分别扫到扫描终端伺服脉冲串305b和306b时，可以再次检测传感器的对准情况。
如上所述，任意两个相邻磁迹的伺服脉冲串都有不同的频率，因此，通过简单地对伺服传感器得到的读取的信号进行滤波并且通过分离信号的幅值相减就可以产生出位置差错信号。如果伺服传感器横跨两相邻磁迹的相等部分，幅度是相等的，信号幅度差就是零。如果磁带运动太快，伺服传感器300产生的响应于伺服脉冲串的读取信号从拖曳磁迹上将得到较大的分配值并且幅度也大，这在图11B上有所表示，其中伺服传感器300跨在磁迹306的部分大于跨在磁迹305的部分。幅度相减就得到一个非零值的位置差错信号和一个对应于拖曳磁迹的符号，这可以被称为“正”差值。相反，如果磁带以较慢的速度运动，该速度比记录时的速度低，那么位置差错信号就是一个负的非零值，这代表传感器300横跨引导磁迹的部分大于拖曳磁迹的部分。
该位置差错信号值以三角形形状表示在图12中，伺服传感器的对准最大偏离导致只检测出单频率的伺服信号，这是最大的偏离差错信号，表示偏离半个磁迹的宽度。这个值的符号表示偏向于拖曳磁迹(正号)或偏向于引导磁迹(负号)。当伺服传感器在两磁迹之间取中，则图12的信号幅值降为零，这个信号被用来控制磁带速度，也用作摆动伺服的细调对准信号。
如图13所示，磁迹的LSB提供了一个可以与图12的细调对准信号联合使用的粗调对准信号。在图13中，磁迹305和306的地址LSB分别位于始端的305c，306c及的终端的305d，306d中。现在，在伺服磁头300扫描完磁迹305和306之后，并且传感器鼓沿扫描方向转到足以使读取磁头308位于磁带301的上缘302处，由读取传感器308读取的信号可以存储起来以使读取传感器扫描的始端和终端的LSB可以进行比较。如果相等，那么传感器鼓是对准磁迹的。如果不相等，求出始端和终端LSB的幅值之差就可以简单地确定出偏离对准的方向和大小。相应地，假定磁迹写入时磁迹地址的幅度增加，则意味着磁迹306的地址LSB的幅值大于磁迹305的地址LSB的幅值，假定磁带301按等于写入时速度进带，进一步假定位置差错信号表示伺服传感器最佳细调对准。在这些条件下，如果读取传感器308从始端到终端扫描磁迹305，并且LSB差值是零，就不需要对准调整。
再假定磁带301以大于写入时的速度进带，这样，读取传感器308在磁迹305的始端和磁迹306的终端读取LSB，这时差值将是非零的正值，这表示拖曳磁迹方向偏离对准。类似地，如果LSB值是非零负值，这表示磁带的运动速度低于写入时的运动速度。
图14A和14B表示如何根据弧形磁迹上的低频伺服信号和LSB信号来进行摆动伺服，这种伺服运动是为了当出现计取时磁带带速不等于写入时带速的情况下来调整扫描转轴位置。例如，如果以一种速度运动的磁带用图7所示传感器装置写入，而以另一种速度运动以相同的传感器装置读出，则会发生上述情况。如果使用不同的传感器结构也要嗵出现速度的差别。此外，假定这些图中传感器的扫描速度是恒定的。图14A中，磁带350沿箭头351所示的方向运动，而伺服、读出传感器沿逆时针方向基本上在以扫描中心354为圆心的圆形路径354上扫描，如果磁带350是静止的，但被写入，那么每一条磁迹由一段圆弧构成，如圆弧段353。然而，磁带的运动倾向于在磁带运动方向上“拖曳”磁迹的终端超过它的始端，这样，如果磁带正以第一速度，即1/16英寸/秒运动，那么写入磁头就记下一个相应于磁迹355的轨迹，对于读出来说，如果磁带按写入时的速度进带，那么伺服传感器和读出传感器就会扫出对应于写入的磁迹355而横过磁带的路径。然而，如果磁带以较高的速度前进，例如1/14英寸/秒，那么低频幅值和LSB伺服幅值就表示扫描路径在正方向上偏离磁迹，因为带速的增加会引起传感器偏向拖曳磁迹，在这个例子中，通过移动旋转扫描中心位置的方法可以校正偏离对准，这样可以把传感器与磁带上缘交叉的角度减小到能使传感器扫出的扫描路径落在以较高速度重放的慢录的磁迹上的角度，这条路径平行于标号358表示的路径，路径358定心于359上，因此，扫旋转扫描的中心朝磁带的上边缘移动到中心轨迹359上，就可以扫出平行的路径。图14A表示了这种情况，其中扫描旋转中心是通过摆动旋转传感器组件来移动的，这样旋转中心就从354移动到360。
图14B表示调整旋转传感器组件，读出后以高于重放的带速记录在磁带上的磁迹。在这种情况下，就需要把扫描旋转中心从中心点359移动到以标号362表示的位置上。
显而易见，被记录的磁带的中心线离开扫描旋转中心的位移也能产生细调以及表示传感器装置和磁迹形状偏离对准的LSB差值。例如如果在一个磁带驱动器上对磁带写入而在另一台驱动器上读出，由于驱动器之间制造公差的不同会引起在两台驱动器的录/放位置上磁带中心线位置的差别，如果这个差别足够大，传感器鼓每转一圈就会产生细调信号和可能的LSB差值，表示需要把扫描旋转中心与磁带的中心线对准。如前所述，在这种情况下借助于摆动旋转磁头组件的旋转部分就可以实现中心到中心线的对准。
为了实现用弧形磁迹中的伺服信息来把扫描旋转中心定位从而使鼓上的传感器对准磁带上的磁迹的任务，旋转磁头组件的摆动致动是重要的关键。图15A和15B描绘了摆动致动机构的不同实施例，图15A中，细调信号和LSB差值信号的符号和幅值提供到摆动控制电路363，该电路把信号转换成为一对电流值和方向信号，第一电流幅值和方向信号送到电流发生器364，以产生一个具有分别由经的输入信号表示的幅值和方向的电流，该电流耦合到第一摆动调节绕组365，该绕组相当于上述的图1-3中包围着旋转传感器组件的护套的后部内表面上的调节绕组。第二电流幅值和方向信号被馈送到第二电流发生器366，它产生具有用它的输入信号表示的幅值和方向的相应的电流，由电流发生器366产生的电流耦合到相当于图3中调节绕组55的上调节绕组367。由电流发生器364和366产生的电流在它们各自的绕组中感应出磁场，该磁场以调节传感器鼓370的扫描旋转中心369所必需的幅值和方向来对定位段368起作用。相应地，调节绕组将产生一个磁场，该磁场的强度和极性由所产生的电流的幅值和方向来决定，这个磁场作用于定位段，在该段中感应出电流，该感应电流产生与调节绕组的磁场相反的磁场，这会引起一个作用于该绕组和定位段之间的排斥力，同时，另一个排斥力会在定位段和另一个调节绕组之间起作用，这两个排斥力指向相反并且它们的相对强度将决定定位段、转轴和传感器鼓摆动的幅度多大。
在图15B中，细调信号和LSB差值信号送到致动器控制装置371，该装置产生一个适宜于驱动普通音圈致动器372的音圈致动器信号，音圈致动器372由连轴节373接到轴销374，轴销374相当于图2和3中的球轴57，音圈致动器372按常规方式运转，以便使连轴节373按合适的方向运动促使旋转传感器375绕球轴374摆动。细调信号和LSB差值信号的幅值和符号决定调整量和调整方向。
这一部分全部的描述都是基于单个旋转传感器组件和单个磁带中心线，这并不意味着阻碍本发明的应用，例如可以采用多旋转磁头组件来写和读选定宽度的单个磁带上多个平行的弧形序列磁迹，这种情况下，每一序列的磁迹都可以被定位在具有自己的中心线的纵向延伸的区域上。
图16表示如上所述的磁带驱动器录/放时所需要的电子装置的方块图，信息格式形成器377接收每条磁迹的伺服信息、数据和地址比特，并产生上面图10中所描述的磁迹格式，格式形成器377产生一个时钟信号输出到信号线378上，对每条磁迹来说，地址编码器379增加一个数字的格式化的地址，并送到格式形成器377。普通的数据编码器380提供数据，伺服信号发生器(未示出)提供伺服脉冲串，格式化的磁迹信息从格式形成器377送到写入驱动器382，再由此送到写入定子绕组383，磁迹信息从写入定子绕组383耦合到上述的写入磁头383a。读取磁头384a把数据从被写入的磁迹读取出来并耦合到读取定子绕组384，伺服磁头385a把磁迹信息耦合到上述的伺服定子绕组385。读取定子绕组384经前置放大器390耦合到数据格式分解器392，在此产生每次读取磁头扫描的始端和终端处的LSB。数据信道包括用来接收格式分解器392的输出并馈送到数据译码器394的输入端的检测器393，被译码的数据在数据译码器394输出。
伺服定子绕组385驱动前置放大器395，该放大器把伺服磁头385a产生的读取信号放大并把它提供到伺服检测器397，伺服检测器397还接收由读取磁头读取的由每条磁迹的始端和终端得到的LSB。伺服检测器397包括用来产生图12所示的位置差错(细调)信号的普通的伺服电路，位置差错信号被馈送到信号线398上去驱动主导轴马达速度伺服装置399。伺服装置399调节主导轴马达400的速度，如上所述，马达把运动传送到磁带，测速计402检测主导轴马达400的速度，并把速度信号提供给求和电路405，在记录模式期间，只有测速信号输入到该求和点。下面描述了在读出模式时，送到求和点的其他输入，这个输入信号把伺服装置锁定于磁带信号。求和电路405把速度信号、位置差错信号和平均速度信号(未说明其来源)合成起来，并由这种合成产生一个送到伺服装置的速度控制信号，这样，通过调节经由主导轴马达的磁带速度就提供了旋转传感器组件对准磁带上弧形磁迹的细调。
伺服检测器397还包括一个适当的数字电路用来减去磁迹LSB，以及经信号线410把一个幅值信号和一个差值信号送到摆动致动器，当需要粗调对准磁迹时，该致动器就使旋转传感器组件摆动。
对于一个选定的数据格式，磁头组件马达以一个适当的速度旋转，如用信号线378上的时钟信号的重复速率表示的。相应地，选定一个包括磁带速度的特定的磁迹格式，该格式带有信号线378上所指示的速度，该速度信号送到速度伺服装置412，并经此送到马达驱动器413，驱动器413设定旋转磁头组件414的旋转速度。所以，对于特定的磁带速度，给定马达一个速度，该速度保证磁带以选定的速度移动一个磁迹宽度(单写入磁头)的距离时，传感器将旋转一整圈，而对于多写入磁头的情况该距离是全部磁迹宽度的总宽度。
图17表示主导轴速度调节和旋转磁头组件摆动调节的伺服过程的流程图。起初，在步骤425响应于周期性的对准询问，指示磁迹/传感器偏离对准，例如这种询问可以来自磁带驱动器中设置的维持程度序。响应于这个询问，在步骤425取否定支路，在步骤426，通过在磁迹的始端伺服脉冲串的检测和相减，测量伺服传感器相应于两相邻磁迹的偏离。偏离量对应于伺服磁头相对于相邻磁迹中心点的不对准程度。从磁迹始端检测到的伺服脉冲串的幅度中减去相邻磁迹始端检测到的伺服脉冲串的幅度就得出该偏离量，把这个偏离量馈送到决策步骤427。如果这个量不是零是一正值，在步骤429就产生减速信号以降低主导轴马达速度;如果是负值，在步骤428产生主导轴加速信号，提高主导轴马达的速度;如果其值相等，就可以在步骤430进行伺服传感器扫描终端相邻磁迹间的偏离测量。在步骤432把在步骤426和430所测得的始端和终端的偏离结果存储起来，等待读出磁头在步骤433和434读取被扫描的磁迹之始端和终端的LSB，这两个地址LSB在步骤435被存储起来，对于摆动伺服过程来说，细调值和粗调值分别来自被存储的偏离测量值和地址LSB。在步骤436对偏离测量值进行比较，如果相等，在步骤437产生已对中信号并送至步骤438进行决策，步骤438还接收在步骤435存储的地址LSB，并对它们作比较，如果偏离测量值和地址LSB值相等，那么旋转磁头组件是对中的，无需调整它的扫描中心，然后经步骤439撤离程序。如果至少一个比较步骤436和438出现被比较值之间的差值，就把差值的符号和幅值送到决策步骤440。
如果粗调和细调信号指示扫描路径在扫描终端处交叉截断随后的磁迹，那么伺服机构就使旋转磁头组件摆动，以便把扫描中心下移，如图14A所示的那样;相反，如图14B所示，旋转磁头组件被摆动，使旋转中心上移。
图18-20中表示了传感器鼓的另外的实施例，其中具有圆形端面406的传感器402连接在鼓中心处的驱动器转轴417上，以使鼓402绕穿过驱动器转轴417的扫描轴404旋转。在传感器鼓402的圆形端面406上形成有腔体408和410，装在腔体408中的是一个磁头组件，它由传感器芯413、磁头安装座414和连接器416组成，连接器416用来在传感器芯413和前述的旋转变压器之间传递信号。
腔体410位于端面406的中心处并且经过孔道422连接到传感器鼓侧圆周面405上的抽气孔421。端面406上围绕腔体408形成有一个线的环形槽424，该槽经由孔道425连接到传感器鼓402的圆周侧表面405上的抽气孔423。
图20提供了磁头组件的详细放大图，磁头组件包括一个容纳在腔体408中的磁头安装座414，以使其下端接触连接器416(图18所示)，而其上端连接于传感器芯413。磁头安装座414是一个细的悬臂梁，它是足够地柔软以致于它的上端能在传感器鼓402旋转时的离心力的作用下位移到腔体408之内。弹簧426固定在腔体408最外面的径向位置处的壁427和磁头安装座414之间、弹簧426对磁头安装座414赋以朝向旋转中心(即离心力的相反方向)的偏置力。
当鼓402绕轴404旋转时，就产生离心力，弹簧426弹力是这样的，即转鼓以预计的最小速度旋转时，该弹力使磁头安装座414保持在它的初始偏置位置上，当鼓402的转速增加时，磁头安装座414和传感器芯413就相对于鼓402沿径向朝外偏转，这样，传感器芯413就划过更大半径的圆弧。
离心力的增减是由伺服机构根据磁迹中心部位的磁迹地址来控制的，磁迹地址基本上对正记录有磁迹的磁带的中心线。下面的讨论中假定位于磁迹中点处的地址区经记录了全部比特位的磁迹地址，还假定伺服环根据磁迹地址信息来改变旋转磁头马达的旋转速度。
在传感器鼓402旋转期间，磁头芯扫描记录在磁带上的弧形磁迹，假定在正确的时间读取包含在磁迹上的数据，假设传感器鼓402的转速是恒定的，被拉长的磁带或换言之被伸长的磁带会引起磁头芯413以离开基准点较短的位移来扫描磁迹，换句话说，磁带的拉长引起磁迹朝传感器鼓推进，这就引起比预期的时间更早地读取这些磁迹。关于这一点，要考虑读取磁头从记录有磁迹的磁带的上边缘到下边缘扫描磁迹的情况，磁迹地址基本上处于磁迹的中央，并且对准磁带的中心线。假定磁迹地址处在读取磁头扫描的圆形扫描路径的0°位置上，当读取磁头旋转到180°位置时，要预计遇到先前读取磁迹的磁迹地址，该磁迹从处于0°位置的磁迹有一个恒定距离的位移，例如假定跟踪无误差，按2000条磁迹/英寸，读取磁头扫出的圆形扫描路径的直径是0.6英寸，那么要预计1200条磁迹的地址位移。如果地址位移小于1200条磁迹，那么磁带被拉长使磁迹间隔更大，这样，在每转半圈就只有更少磁迹通过。
在该可供选择的实施例中，对磁带伸长的补偿是通过增大传感器鼓402的旋转速度的方法来实现的，增大了的离心力作用在磁头安装座414上就引起磁头芯413克服偏值弹簧426的弹力而径向地朝外移动，从而，通过增大磁头芯413和转轴404之间的距离增大了磁鼓面的有效半径。直径直大使磁头芯413在扫描期间复盖的圆弧的半径也增大，从而能使磁头芯在180°的位置上读取与在0°位置上读出的磁迹相距1200条磁迹的磁迹，传感器鼓402的旋转速度对重放期间读取磁带的能力没有影响。对于装载数据缓冲寄存器来说，这个速度仅仅是一个内部速率。
继续举例说明，如果在0°至180°之间的位移大于1200磁迹宽度，说明磁带收缩了，那么就降低传感器鼓402的旋转速度，随之，离心力减小，磁头芯413在偏置弹簧426的作用下朝内移动，因而磁头芯横扫的圆弧半径缩小。当位移达到1200磁迹宽度时实现正确跟踪。
磁头相应于离心力的大小可能产生的偏移最好在几密耳(0.001英寸)的量级，当控制传感器鼓旋转速度的伺服机构根据检测到的差错指令改变速度时，磁头芯413偏移到适当的半径位置上以使差错为零。差错信号从磁迹中心部位上记录的磁迹地址信息中获得。
在记录运行期间，磁迹地址最好以自同步、容易滤波和快速检索的代码形式记录在磁迹的中心部位。在另一个实施例中，磁迹地址被用于检测跟踪误差。参照图21，按照每英寸1200条磁迹的密度，当系统无差错时，读取磁头应读当前的处于0°扫描位置的磁迹地址480和处于180°扫描位置的磁迹地址，该180°扫描位置具有相距1200条磁迹的地址位移。
还应该清楚的是每条磁迹中心的完整的磁迹地址也能用来保证转轴404对准磁带的中心线。传感器鼓旋转期间，0°位置和180°位置的磁迹地址之间的时间间隔是可以测出来的。在这方面，从0°到180°和从180°到0°的时间间隔都被测出，如果这两个时间间隔相等，说明鼓402的旋转轴404正确地对准了磁带的中心，如果从0°到180°的时间间隔比从180°到0°的时间间隔短，那么鼓402的旋转中心404高于磁带中心。类似地，另一半时间间隔较短的话，表示低于磁带中心。
本发明的重要的优点是在显著不同的磁带带速下能执行不同的驱动器功能。因为旋转传感器组件和磁带之间的接触压力与带速无关，所以能以比录或放时的带速高得多的速度来检索磁带，增大的速度不会增大传感器/磁带的接触压力，所以能避免在螺旋扫描中发生的磨损和磁带的变形。
实际上，本发明人预期可以用磁迹地址在很高的带速下检索，在检索期间，扫描被限制地磁迹地址区所处的磁带的中心线。磁迹地址信息可以在任何实际的纵向带速下从这些地址区中读出来，因为读取的传感器的方位和先前记录的磁带的地址区在任何带速下沿磁带的纵向都是基本对准的。而且，旋转传感器鼓每转一整圈这种对准发生两次，即图21中的0°和180°两个位置。
虽然已经描述了本发明的几个最佳实施例，但是应该理解本领域的普通技术人员会作出改形和改进。因此，本发明所给予保护的应该仅限于下述权利要求的范围。
权利要求
1.一种用于记录和读取磁带上的信息的装置，其特征在于包括机架；在机架中用来接收容纳磁带的容器并把磁带定位在基本为平面的记录位置的装置；在机架中用来啮合磁带并使磁带沿纵向前进而通过记录位置的传送；旋转传感器座；设置在传感器座上的用于记录和读取磁带上的信息的至少一个传感器装置；为了绕穿过记录位置的旋转轴旋转而把毗邻记录位置的旋转传感器座定位的装置，当传感器座旋转时，所说的旋转轴基本上相当于至少一个传感器扫出的圆形传感路径的中心；为记录和读出磁带上一系列弧形信息磁迹而使传感器座旋转的装置；以及连接到至少一个传感器、传送装置和定位装置的控制装置，该装置响应弧形信息磁迹上的伺服信息通过调节磁带的进带速度和调节传感器座相对于记录位置处的磁带的位置把至少一个传感器与弧形信息磁迹对准。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，还包括用来把传感器座枢轴地安装在机架上而使其绕垂直于旋转轴的枢轴转动的装置，其中定位装置响应改变旋转轴通过记录位置的伺服信息枢轴地调节传感器座的位置。
3.根据权利要求1的装置，其特征在于，还包括设置在传感器座上响应于传感器座的旋转、用于把旋转传感器座与磁带在记录位置相啮合的装置。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于，啮合装置包括设置在传感器座上响应于传感器座的旋转用来产生作用于传感器座和磁带之间而把磁带吸靠在传感器座上的低的外围压力的装置。
5.根据权利要求3的装置，其特征在于，旋转传感器座包括具有第一和第二端面的基本上呈园柱状的传感器鼓;至少一个基本上与第一端面共面而安装在传感器鼓上的传感器;同心地连接于传感器鼓并离开传感器鼓第二端面延伸的驱动器转轴;收纳驱动器转轴并支撑驱动器转轴和传感器绕旋转轴转动的支承装置;把支承装置安装到机架上并使支承装置绕垂直于旋转轴的枢轴转动的装置;和通过使支承装置绕枢轴转动而在记录位置处调节传感器座相对于磁带的位置的控制装置。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于，啮合装置包括设置在第一端面处并响应于传感器鼓的旋转而产生一个低的外围压力的装置，该压力作用于第一端面和磁带之间并把磁带吸靠在第一端面上。
7.根据权利要求1的装置，其特征在于，至少一个传感器装置包括写入传感器，所述装置还包括与写入传感器连接用来把一系列弧形信息磁迹记录在磁带上的写入信道装置，每条信息磁迹具有包括伺服信息、地址信息和数据的信息格式。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于，信息格式包括一个用以容纳伺服信息的初始区，该初始区基本上相应于磁迹的始端;一个跟随着初始区的第二区，用以至少容纳数字磁迹地址的有效的比特位;一个紧跟第二区的第三区，用来容纳数据;一个处于磁带中心线上的第四区，用来容纳数字磁迹地址的最主要的比特位;一个尾随第四区的第五区用于容纳数据信息;一个接在第五区后面的第六区，用来至少容纳第二区中所含的有效的比特位;和一个末端区，用于包含包括在初始区中的伺服信息，该末端区基本上与磁迹的末端相吻合。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于，至少一个传感器装置包括至少一个读出传感器和至少一个伺服传感器、写入传感器、读出传感器，并且伺服传感器基本上以弧形安置在第一端面的圆周上。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于，写入传感器基本上处于所说的圆周上的第一位置，读出传感器沿弧形朝着与传感器鼓旋转方向相反方向离开写入传感器，而伺服传感器按所说的方向沿弧形离开读取传感器。
11.一种用于转换磁带上的信息的组合装置，其中磁带含有一种柔性材料，具有第一面和第二面，第一面用来磁性存储信息，其特征在于组合装置包括至少一个电磁传感器;一个具有旋转轴、外圆周和以旋转轴为中心的表面的旋转支座，在所述表面上离旋转轴予定的半径距离处至少保持有一个电磁传感器;用来沿纵向驱动磁带前进通过旋转表面的磁带驱动器;使旋转支座旋转的装置，以使至少一个电磁传感器在磁带的第一面上留下一系列弧形磁迹;以及用来响应旋转支座的旋转而把磁带朝旋转表面压靠但无需机械接触磁带的装置。
12.根据权利要求11的组合装置，其特征在于，压靠装置产生一个作用于旋转表面和磁带前面之间的低的外围压力。
13.根据权利要求12的组合装置，其特征在于，压靠装置包括一个由延伸于旋转表面和旋转支座外周边之间的腔体构成的离心泵。
14.根据权利要求13的组合装置，其特征在于，还包括连接到至少一个电磁传感器的控制装置，该装置响应弧形磁迹上的信息，使至少一个电磁传感器对准弧形磁迹。
15.根据权利要求14的组合装置，其特征在于，控制装置通过调节进带速度以及调节旋转表面相对于磁带的位置把至少一个电磁传感器对准横向弧形磁迹。
16.根据权利要求15的组合装置，其特征在于，信息是伺服信息。
17.根据权利要求15的组合装置，其特征在于，信息是磁迹地址信息。
18.根据权利要求15的组合装置，其特征在于，信息是伺服信息和磁迹地址信息。
19.一种用于在磁带驱动器中读取磁带上信息的磁带格式，所述的磁带驱动器包括沿纵向进带的进带装置和安装在平行于磁带的平面上用来旋转扫描磁带的至少一个电磁传感器，该格式其特征在于包括至少一系列横向跨越磁带纵向中心线记录的信息磁迹;和弧形磁迹中基本对准纵向中心线的磁迹地址区，每个磁迹地址区容纳有许多表示各个磁迹地址的比特位。
20.根据权利要求19的格式，其特征在于，还包括在每条板形磁迹中设置在磁迹地址区每一侧的数据区。
21.根据权利要求19的格式，其特征在于，每条弧形磁迹包括至少两个伺服区，每个伺服区分别设置在弧形磁迹的两端。
22.根据权利要求21的格式，其特征在于，还包括至少两个磁迹地址LSB区，每个磁迹地址LSB区分别设置在磁迹地址区的两侧，并且毗邻伺服区，每个磁迹地址LSB区至少容纳有弧形磁迹的地址的有效比特位(LSB′S)。
23.一种用于转换磁带上信息的组合装置，其中磁带含有一种柔性材料，具有第一面和第二面，第一面用来存储信息，其特征在于组合装置包括至少一个电磁传感器;一个具有旋转轴、外圆周和以旋转轴为中心的表面的旋转支座，在所述表面上离旋转轴予定的半径距离处至少保持有一个电磁传感器;用来沿纵向驱动磁带前进通过旋转表面的磁带驱动器;使旋转支座旋转的装置，以使至少一个电磁传感器在磁带的第一面上留下一系列弧形磁迹;以及连接于至少一个电磁传感器和磁带驱动器的控制装置，该控制装置响应弧形磁迹中的信息，通过调节进带速度和调节旋转支座与磁带的相对位置使至少一个电磁传感器对准弧形磁迹。
24.根据权利要求23的组合装置，其特征在于，包括驱动旋转支座绕眚于旋转轴的枢轴摆动的装置，其中控制装置响应于改变旋转轴通过磁带的位置的信息枢轴地调节旋转支座的位置。
25.根据权利要求24的组合装置，其特征在于，旋转支座包括具有第一和第二端面的基本上呈圆柱状的传感器鼓;至少一个基本上与第一端面共面而安装在传感器鼓上的传感器;同心连接于传感器鼓并离开传感器鼓第二端面延伸的驱动器转轴;收纳驱动器转轴并支撑驱动器转轴和传感器绕旋转轴转动的支承装置;把支承装置安装到磁带驱动器上并使支承装置绕垂直于旋转轴的枢轴摆动的装置;和通过使支承装置摆动而在记录位置处调节旋转支座相对于磁带位置的控制装置。
26.根据权利要求25的组合装置，其特征在于，信息包括伺服信息。
27.根据权利要求25的组合装置，其特征在于，信息包括磁迹地址信息。
28.根据权利要求25的组合装置，其特征在于，信息包括伺服信息和磁迹地址信息。
29.一种用于电磁存储信息的组合装置，其特征在于包括带盒;可活动地容纳在带盒中的伸长的磁带，该磁带包括纵向中心线;以及在用于存储信息的磁带的表面上的一系列磁化区，该磁化区基本上是园弧形的磁迹，从磁带的第一边缘到第二边缘横穿纵向中心线延伸;每个磁迹包括基本上对准磁带纵向中心线的磁迹地址区，每个地址区包含有多个表示各个磁迹地址的比特位。
30.根据权利要求29的组合装置，其特征在于，还包括，在每条弧形磁迹中，设置在弧形磁迹每侧的数据区。
31.根据权利要求29的组合装置，其特征在于，还包括，在每条弧形磁迹中至少有两个伺服区，每个伺服区分别毗邻于弧形磁迹的两端。
32.根据权利要求31的组合装置，其特征在于，还包括，每条弧形磁迹中至少有两个磁迹地址LSB区，每个磁迹地址LSB区设置在磁迹地址区的两侧并毗邻伺服区，这样，在弧形磁迹的第一端处，第一伺服区处在第一LSB区和第一端之间，在弧形磁迹的第二端处，第二LSB区处在第二伺服区和第二端之间，并且每个磁迹地址LSB区至少包含弧形磁迹的地址的有效比特位(LSB′S)。
33.在一种信息存储装置中用以跟踪旋转支座相对磁带位置的方法，该装置包括内含具有纵向中心线的磁带的磁带盒;至少一个电磁传感器;一个具有旋转轴、外圆周和以旋转轴为中心的表面的旋转支座，在所述表面上离旋转轴予定的半径距离处至少保持一个电磁传感器;用来沿给向驱动磁带前进通过旋转表面的磁带驱动器;和用来使旋转支座旋转以使至少一个是磁传感器写入和读出磁带上的信息的装置;该方法其特征在于包括以下步骤驱动磁带沿纵向中心线前进;将一系列弧形信息磁迹记录在磁带上，弧形信息磁迹基本上横穿磁带的中心线从磁带的第一边缘到第二边缘延伸;对于多条磁迹中的每一条记录的步骤包括记录包括伺服信息的第一区;记录识别磁迹的第二区;回绕磁带，然后沿磁带纵向中心线进带;读取弧形磁迹;响应读取步骤时伺服信息的重放，通过调节磁带的速度，把至少一个传感器对准包含伺服信息的弧形磁迹;以及响应读取步骤中识别磁迹的伺服信息的重放，调节旋转轴与磁带纵向中心线的相对位置。
34.在一种信息存储装置中用以使磁带与旋转传感器支座啮合而转换信息的方法，该装置包括包括有纵向中心线的磁带的磁带盒;具有旋转轴、外园周和以旋转轴为中心的旋转表面;以及沿纵向驱动磁带前进通过旋转表面的磁带驱动器;该方法其特征在于包括以下步骤使旋转支座旋转;相应于旋转传感器支座的旋转，用离心式泵把空气从旋转表面排离，从而产生一个作用于旋转表面和磁带之间的低的外围压力。
全文摘要
一种磁带驱动器包括用以记录和重放运动磁带上的一系列弧形磁迹的旋转磁头组件，磁带上的磁迹横穿磁带的纵向中心线。磁带驱动器包括一个伺服机构，它根据弧形磁迹的伺服信息通过调节旋转磁头传感器与磁带的相对位置来校正磁迹的不对准。在磁头组件旋转时，通过在磁头组件和磁带之间产生一个低的环境压力为磁带和旋转磁头组件之间提供紧密的转换啮合。
文档编号G11B5/588GK1080078SQ9310724
公开日1993年12月29日 申请日期1993年6月10日 优先权日1992年6月12日
发明者詹姆斯·U·莱姆基 申请人:明尼苏达州采矿制造公司